基于有限元的绿色制造与创新制造的教学研究

钱茹 卞鸽 杨星星 王石莉

【摘要】伴随着《中国制造2025》的制定与实施，社会对高层次人才需求剧增。结合社会需求和现有应用型本科培养计划的不足，通过有限元仿真平台从绿色制造和智能制造的角度，提出该学改革方案，为提高应用型本科人才的培养质量做出贡献。

【关键词】绿色制造 有限元 教学研究

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）05-0240-02

一、引言

我国在2015年明确提出了《中国制造2025》计划，全面推进实施制造强国的战略。在此背景下，新一轮科技和产业变革对制造企业的研发能力提出了极高的要求。对于企业来说，绿色、智能是制造业转型的主要方向，坚持绿色发展，推行绿色制造是关键举措。而有限元仿真技术是驱动制造企业绿色制造与创新制造的核心技术之一，可以提高产品质量，缩短研发周期，降低成本。当前培养出具有绿色制造、创新制造能力的人才已成为高校人才培养的目标和任务，而有限元仿是一个良好的推动平台。

二、“中国制造2025”背景下《有限元及应用》课程的培养要求

应用型本科人才教育旨在培养具有工程研究、工程设计、工程实施能力的人才。对于机械工程专业的本科生来讲，能够定量分析复杂机械结构的强度、刚度和稳定性是非常重要的工程应用能力。我国资源短缺、节能环保要求日益提高，绿色制造和创新制造也成为制造的一大指标和任务。将研发和生产过程实现数字化，提高生产效率和资源利用率，这也给高校人才培养工作提出了更高的要求。

（1）应具备相对完整的知识结构。随着现代产品复杂程度的不断提高、企业的全球化发展，有限元仿真技术所不会仅涉及单个学科，因此应用型本科生应学会将有限元法应用于各学科及各学科之间，以适应实际的生产需要。

（2）应具有较好的工程实践能力。有限元仿真只是作为一种技术分析手段，而脱离了实践检验的分析是无法保证正确性和可靠性的。因此对于应用型本科人才的培养，应该更加注重实践，不断提高工程分析和工程应用的能力，通过实践和提升理论知识的融合来全面提高人才的培养质量。

（3）应具备强烈的创新意识。创新是推动技术发展，体现产品核心价值的关键。因此产品设计不仅需要避免出现薄弱环节，生产成本投入少、研发周期短，更需要产品竞争力强。而这些关键在于人才的培养，要重视培养创新意识和创新能力，提高学生的素质和水平。

三、培养模式和教学方法的改革

伴随着《中国制造2025》的制定与实施，三维设计技术和数字化生产已成为产品设计和加工制造的核心，仿真技术更是帮助制造企业减少物理样机的使用和试验。这些发展也给应用型本科人才培养工作提出了更高的要求。那么在机遇与挑战面前，为使培养的人才适应社会的需要，就《有限元分析及应用》课程的教学而言，许多工作仍待改善和提高：

（1）首先应该注重教师自身教学能力的培养。教师要吃透课程相关的理论知识，整合和优化教学资源，选择或编写适合当前的教材、实验指导书等教育资料。同时教师不能“闭门造车”，应该参与企业绿色制造、创新制造等相关科研项目，提高自身理论水平和实践能力。

（2）其次教师应该改变“灌输式”的教学模式。该课程是一门专业课，长期以来由于传统教学方式的局限性，学生知识水平的参差不齐，使课堂教学显得缺乏生气，教与学难以共鸣，教师难教，学生难学，很难达到预期的教学效果。积极探索“研讨式”教学模式，结合典型工程实例的有限元仿真，師生以对话模式共同探讨，培养学生的绿色制造与创新设计的工程意识。

（3）第三应加强实践环节。工程问题的有限元仿真虽然证明可以实现，但是其分析模拟结果往往因为缺乏试验验证而遭到质疑。因此该课程实践绝不能只是上机操作，而应该让学生走进实验室，通过实验数据来充分验证仿真的正确性。此外应尽可能地增加学生自主设计与研究的能力，将该课程应用拓展到课程设计、大学生创新、定岗实习等实践过程中，进一步培养学生的动手能力和工程能力。

四、结束语

该课程探索了“以有限元为平台提升学生绿色制造和创新制造能力”的教学模式，既符合应用型本科人才的培养目标，也符合当前《中国制造2025》的大趋势。我国是制造业大国、机械装备使用大国，绿色再制造是可持续发展的前提，创新是强大制造的源动力。因此作为机械专业的学生，坚持“绿色制造、创新制造”，提高工程适应性，才能促进理论知识的理解与掌握，才能全面提高解决工程实际问题的综合能力与创新能力。

参考文献：

[1]王喜文.中国制造2025解读：从工业大国到工业强国[M]北京：机械工业出版社，2015.

[2]徐滨士，朱胜，史佩京.绿色再制造技术的创新发展[J]焊接技术.2015，45（5）：11-14.

[3]唐向红，刘国凯.面向智能制造的研究生人才培养研究[J]课程教育研究.2016，6.

作者简介：

钱茹（1980-），女，东南大学成贤学院机械工程系，讲师，硕士。研究方向：机械产品的数字化模拟与仿真。